(19)
(11)EP 2 734 798 B1

(12)EUROPEAN PATENT SPECIFICATION

(45)Mention of the grant of the patent:
06.05.2020 Bulletin 2020/19

(21)Application number: 12815188.3

(22)Date of filing:  25.06.2012
(51)Int. Cl.: 
F25B 47/02  (2006.01)
F25B 49/02  (2006.01)
F25B 40/06  (2006.01)
(86)International application number:
PCT/US2012/044002
(87)International publication number:
WO 2013/012523 (24.01.2013 Gazette  2013/04)

(54)

DEFROST FOR TRANSCRITICAL VAPOR COMPRESSION SYSTEM

ENTRFROSTUNG FÜR EIN TRANSKRITISCHES DAMPFVERDICHTERSYSTEM

DÉGIVRAGE POUR SYSTÈME DE COMPRESSION À VAPEUR TRANSCRITIQUE


(84)Designated Contracting States:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priority: 20.07.2011 US 201113187077

(43)Date of publication of application:
28.05.2014 Bulletin 2014/22

(73)Proprietor: Thermo King Corporation
Minneapolis, MN 55420 (US)

(72)Inventors:
  • HEGAR, Michal
    CZ-158 00 Prague (CZ)
  • KOPECKA, Marketa
    CZ-755 01 Vsetin (CZ)
  • KOLDA, Michal
    CZ-155 00 Prague (CZ)
  • RAJTMAJER, Vaclav
    CZ-266-01 Beroun (CZ)

(74)Representative: Haseltine Lake Kempner LLP 
Redcliff Quay 120 Redcliff Street
Bristol BS1 6HU
Bristol BS1 6HU (GB)


(56)References cited: : 
EP-A2- 1 344 938
DE-A1- 10 043 169
US-A- 4 215 555
WO-A1-2006/101567
JP-A- 2001 082 802
US-A1- 2008 168 781
  
      
    Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of opposition shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee has been paid. (Art. 99(1) European Patent Convention).


    Description

    BACKGROUND



    [0001] The present invention relates to a method and apparatus for defrosting a heat exchanger coil of a transcritical vapor compression system.

    [0002] Transcritical vapor compression systems typically include a compressor, a gas cooler, an expansion valve and an evaporator. Typically, electric heaters are installed in front of a heat transfer surface of the evaporator for defrosting the evaporator heat transfer surface. When a defrost mode is initiated, a controller stops the compressor and energizes the electric heaters. The heaters are turned off, and cooling mode resumes, when the evaporator coil temperature increases. DE 100 43 169 A1 discloses both a method of defrosting a trans-critical vapour compression system according to the preamble of claim 1 and a trans-critical vapour compression system according to the preamble of claim 5.

    SUMMARY



    [0003] In one aspect, the invention provides a method of defrosting a transcritical vapor compression system according to claim 1.

    [0004] In another aspect, the invention provides a transcritical vapor compression system according to claim 5.

    [0005] Other aspects of the invention will become apparent by consideration of the detailed description and accompanying drawings.

    BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS



    [0006] 

    FIG. 1 is a schematic diagram of a transcritical vapor compression system in accordance with the invention.

    FIG. 2 is a diagram of internal energy and pressure of the transcritical vapor compression system shown in FIG. 1 during a cooling mode and during a defrost mode.


    DETAILED DESCRIPTION



    [0007] Before any embodiments of the invention are explained in detail, it is to be understood that the invention is not limited in its application to the details of construction and the arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the following drawings. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or of being carried out in various ways.

    [0008] FIG. 1 illustrates a transcritical vapor compression system 10. The transcritical vapor compression system 10 is a closed circuit single stage vapor compression cycle preferably utilizing carbon dioxide (CO2) as a refrigerant, although other refrigerants suitable for a transcritical vapor compressor system may be employed. The system 10 includes a variable speed/frequency compressor 14, a gas cooler 18, an expansion valve 22, an evaporator 26 and an accumulator tank 30 connected in series. A blower 36, or blowers, move air over the gas cooler 18 for heat exchange therewith, and a blower 40, or blowers, move air over the evaporator 26 for heat exchange therewith. Temperature sensors 42a-42h are located at the compressor inlet 1 (refrigerant temperature), the compressor outlet 2 (refrigerant temperature), the gas cooler outlet 3 (refrigerant temperature), the evaporator refrigerant inlet 4 (refrigerant temperature), the evaporator refrigerant outlet 5 (refrigerant temperature), the evaporator air inlet 6 (air temperature), the evaporator coil 7 (coil temperature), and the evaporator air outlet 8 (air temperature), respectively. Pressure sensors 46a-46c are located at the compressor inlet 1, the compressor outlet 2, and the gas cooler outlet 3, respectively, for measuring refrigerant pressure.

    [0009] As shown schematically in FIG. 1, the transcritical vapor compression system 10 is controlled by a controller 50. The controller 50 also controls the opening of the expansion valve 22, the speed/frequency (speed or frequency) of the blowers 36, 40 and the speed/frequency of the compressor 14, and receives input signals from the temperature sensors 42a-42h and the pressure sensors 46a-46c, as will be described in greater detail below.

    [0010] In a cooling mode, refrigerant exits the evaporator coil 26 as a heated gas and is drawn into a suction port of the compressor 14, which is preferably a variable speed/frequency compressor. The compressor 14 pressurizes and discharges heated refrigerant gas into the gas cooler 18. In the gas cooler 18, or heat exchanger, the heated refrigerant is cooled to a lower temperature gas as a result of a forced flow of air 34 flowing over the gas cooler 18 and generated by the blowers 36, which are preferably variable speed blowers. The gas cooler 18 can include one or more heat exchanger coils having any suitable construction, as is known in the art. Then, the cooled refrigerant is throttled through the expansion valve 22, such as an electronic expansion valve, and directed toward the evaporator coil 26 at a decreased pressure as a liquid-vapor mixture, or wet vapor. In the evaporator coil 26, or heat exchanger, the cooled refrigerant is heated to a higher temperature gas as a result of a forced flow of air 38 generated by blowers 40, such as variable speed blowers. In other words, the refrigerant passing through the evaporator coil 26 absorbs the heat from the flow of air 38 such that the flow of air 38 is cooled. The evaporator coil 26 can include one or more heat exchanger coils having any suitable construction, as is known in the art. Then, the refrigerant passes through the accumulator tank 30, and only vapor refrigerant exits the accumulator tank 30 to the inlet of the compressor 14.

    [0011] To obtain desirable refrigeration characteristics from the refrigerant, the transcritical refrigeration cycle requires higher operating pressures compared to a reverse-Rankine refrigeration cycle. With reference to FIG. 2, the pressure of the refrigerant in the gas cooler 18 is in the supercritical region of the refrigerant, i.e., at or above the critical temperature and critical pressure of the refrigerant. For example, the critical point of CO2 occurs at approximately 7.38 MPa (1070 psia) and approximately 31 degrees Celsius (88 degrees Fahrenheit). In the illustrated construction, the pressure of refrigerant in the gas cooler 18 during the cooling mode is approximately 8.2 MPa (1200 psia). The pressure of refrigerant in the evaporator 26 is also higher than pressures seen in a reverse-Rankine refrigeration cycle. In the illustrated construction, the pressure of refrigerant in the evaporator 26 is approximately 2.7 MPa (390 psia). As a result, the gas cooler 18 and evaporator coil 26 employ a heavy-duty construction to withstand the higher pressures.

    [0012] The controller 50 is programmed to initiate a defrost mode to defrost the evaporator coils 26 periodically based on time. For example, the controller 50 is programmed to begin defrost mode every 2 hours. Other suitable time periods may be employed, such as every 4 hours, every 6 hours, or another suitable time period.

    [0013] The controller 50 is programmed to monitor compressor suction temperature and pressure at the compressor inlet 1 by way of temperature and pressure sensors 42a, 46a, respectively, during the defrost mode. A saturated vapor curve 58 for the refrigerant is stored in the controller 50. In the illustrated construction, with reference to FIG. 2, the saturated vapor curve 58 for carbon dioxide is shown. The controller 50 is programmed to calculate a saturated vapor temperature Ts based on the measured suction pressure signal from the suction pressure sensor 46a during the defrost mode. The controller 50 is programmed to include a predetermined offset X, such as 4 Kelvin, and to calculate a desired superheat temperature at the compressor inlet 1 for the defrost mode by adding the predetermined offset X to the calculated saturated vapor temperature Ts. The defrost mode includes a transition mode and a superheat mode. At the onset of the defrost mode, the system 10 is in the transition mode as the refrigerant transitions to superheat. When the desired superheat temperature at the compressor inlet 1 is reached, then the system 10 is in superheat mode.

    [0014] The controller 50 is programmed to decrease the speed or frequency of the compressor 14 down to a relatively low level, e.g., low speed/frequency, at the onset of the defrost mode, i.e., during the transition mode. Low speed/frequency is generally lower than the speed/frequency of the compressor 14 during the cooling mode. Preferably, low speed/frequency is the lowest operable speed/frequency setting for the compressor 14 greater than zero. The controller 50 is also programmed to turn the gas cooler blowers 36 off and fully open the expansion valve 22 at the onset of the defrost mode, i.e., at the onset of the transition mode. As necessary, the controller 50 is also programmed to control the speed/frequency of the gas cooler blowers 36 based on a refrigerant pressure value at the compressor outlet 2 to maintain the refrigerant pressure value below a maximum permitted pressure value. The controller 50 is programmed to control the speed/frequency of the evaporator blowers 40 (e.g., on or off, high speed, low speed, etc.) during the transition mode based on a comparison between a measured suction temperature T1 at the compressor inlet 1 from sensor 42a and the desired superheat temperature (Ts + X). For example, the controller 50 is programmed such that if the measured suction temperature T1 is not greater than (or greater than or equal to) the desired superheat temperature (Ts + X), then the expansion valve 22 is partially closed and the evaporator blowers 40 remain on. Furthermore, the controller 50 is programmed such that if the measured suction temperature T1 is greater than (or greater than or equal to) the desired superheat temperature (Ts + X), then the evaporator blowers 40 are turned off and the expansion valve 22 is fully opened. The controller 50 is programmed such that, when the desired superheat temperature (Ts + X) at the compressor inlet 1 is reached or exceeded, the expansion valve 22 is fully opened and the evaporator blowers 40 are turned off.

    [0015] The controller 50 is programmed to terminate the defrost mode and initiate the cooling mode when desired conditions are reached. The controller 50 is programmed to monitor the temperature T7 of the evaporator coil 26, as indicated by a signal received from the temperature sensor 42g, during the defrost mode. The controller 50 is programmed to terminate the defrost mode and initiate the cooling mode when the temperature T7 of the evaporator coil 26, as measured by the temperature sensor 42g, reaches a predetermined evaporator coil temperature. In other constructions, the controller 50 may be programmed to terminate the defrost mode and initiate the cooling mode based on other desired conditions, such as duration of defrost mode, amongst others.

    [0016] FIG. 2 is a pressure-enthalpy diagram illustrating the saturated liquid line 54 for CO2, the saturated vapor line 58 for CO2, and the working area of the system (enthalpy vs. pressure) during the cooling mode and the defrost mode, the defrost mode being depicted as the transition mode and the superheat mode. In operation, when defrosting of the evaporator coils 26 is due, the controller 50 initiates the defrost mode. The defrost mode starts with the transition mode, in which the refrigerant increases in temperature and transitions to superheat. As shown in FIG. 2, the system working area moves to the right on the pressure-enthalpy diagram during the transition mode, from an area crossing the saturated liquid curve 54 and the saturated vapor curve 58 into an area on the right side of the saturated vapor curve 58, i.e., in the superheat region.

    [0017] In the transition mode, the controller 50 decreases the speed or frequency of the compressor 14 down to low speed or frequency, as described above. Then, the controller turns the gas cooler blowers 36 off and maintains the speed of the evaporator blowers 40 while the opening of the expansion valve 22 is controlled to achieve the desired superheat temperature of refrigerant at the compressor inlet 1. If the refrigerant pressure value at the compressor outlet 2 reaches or exceeds the maximum pressure value, then the controller turns on and/or increases the speed/frequency of the gas cooler blowers 36 in order to manage the pressure at the compressor outlet 2. As described above, the desired superheat temperature is calculated by first calculating the saturated vapor temperature corresponding to the actual vapor pressure PI measured at the compressor inlet 1, and then adding the predetermined offset X to the calculated saturated vapor temperature. In order to calculate the saturated vapor temperature, the controller 50 includes thermophysical property data, e.g., the saturated vapor curve, corresponding to the type of refrigerant used in the system 10. The controller 50 looks up the saturated vapor temperature that corresponds to the measured vapor pressure PI for the type of refrigerant used.

    [0018] During the defrost mode, the hot refrigerant gas from the compressor 14 enters and exits the gas cooler 18 with a relatively small amount of cooling of the refrigerant occurring in the gas cooler 18, i.e., substantially less cooling than in the cooling mode. The expansion valve 22 lowers the pressure of the hot gas refrigerant, and lower pressure hot gas refrigerant is produced at the outlet of the expansion valve 22. Thus, the refrigerant in the evaporator 26 begins to transition from wet vapor to hot gas. If the refrigerant at the compressor inlet 1 has not reached the desired superheat temperature, the controller 50 partially closes the opening of the expansion valve 22 in order to achieve the desired superheat temperature. When the evaporator 26 receives a hot, or superheated, gas refrigerant, signaling the end of the transition mode and beginning of the superheat mode, the controller 50 turns the evaporator blowers 40 off and fully opens the expansion valve 22. The controller 50 determines that the evaporator 26 is receiving a hot gas when the temperature T1 at the compressor inlet 1 reaches or exceeds the desired superheat temperature. Heat from the hot refrigerant gas, or superheated refrigerant gas, passing through the coils of the evaporator 26 defrosts the coils of the evaporator 26. The evaporator coil temperature increase is monitored to terminate defrost. The controller 50 terminates the defrost mode when the temperature of the evaporator coil, as indicated by the evaporator coil temperature sensor 42g, reaches a predetermined value. When the controller 50 terminates the defrost mode, the controller 50 switches back to the cooling mode.

    [0019] It is to be understood that the controller 50 may include a single controller, multiple controllers or a system of controllers for controlling various aspects of the invention described herein.

    [0020] Thus, the invention provides, among other things, a controller programmed to defrost a transcritical vapor compression system using a superheated refrigerant and without requiring an auxiliary heater or modified piping and in which the evaporator 26 remains on the low pressure side during both the cooling and defrost modes such that the evaporator 26 need not be dimensioned to withstand transcritical pressures. Various features and advantages of the invention are set forth in the following claims.


    Claims

    1. A method of defrosting a transcritical vapor compression system (10) operable in a cooling mode and a defrost mode, the transcritical vapor compression system having a compressor (14) for compressing a refrigerant, the compressor having a compressor inlet (1) and a compressor outlet (2) and operating at a first speed/frequency during the cooling mode, a first heat exchanger (18) for cooling the refrigerant during the cooling mode, an expansion valve (22) for decreasing the pressure of the refrigerant, the expansion valve having a variable opening, and a second heat exchanger (26) for cooling a space during the cooling mode, the method comprising:

    directing a superheated refrigerant gas from the compressor (14) to the first heat exchanger (18) during the defrost mode, then directing the superheated refrigerant gas from the first heat exchanger to the expansion valve (22) during the defrost mode, then directing the superheated refrigerant gas from the expansion valve to the second heat exchanger (26) during the defrost mode;

    defrosting the second heat exchanger with the superheated refrigerant gas; and

    characterized in that the method further comprises:

    decreasing the speed/frequency of the compressor during the defrost mode to a second speed/frequency lower than the first speed/frequency and greater than zero;

    controlling the opening of the expansion valve (22) during the defrost mode to maintain a superheated refrigerant condition proximate the inlet (1) of the compressor (14); and

    providing a blower (36) for selectively directing a fluid over the first heat exchanger (18); and turning off the blower or controlling the speed/frequency of the blower based on a pressure value proximate the outlet (2) of the compressor (14) so the pressure value does not exceed a predetermined maximum.


     
    2. The method of claim 1, further comprising maintaining a superheated refrigerant condition proximate the inlet (1) of the compressor (14).
     
    3. The method of claim 2, further comprising:

    monitoring a temperature of the refrigerant proximate the compressor inlet (1) during the defrost mode; and

    partially closing the expansion valve (22) during the defrost mode when the temperature is less than a desired superheat temperature; wherein optionally the method further comprises:
    directing a fluid from the space over the second heat exchanger (26) with a blower (40); and controlling the blower speed based on a comparison between the measured temperature

    and the desired superheat temperature; or wherein optionally the method further comprises:

    storing in the controller a saturated vapor curve based on thermophysical property data of the refrigerant; and

    programming the controller to refer to the saturated vapor curve to determine a value based on a measured characteristic of the refrigerant proximate the compressor inlet (1); wherein optionally the method further comprises determining the desired superheat temperature by adding an offset to the value determined with the saturated vapor curve.


     
    4. The method of claim 1, further comprising fully opening the expansion valve (22) at the onset of the defrost mode; wherein optionally the method further comprises:

    monitoring a temperature of the refrigerant proximate the compressor inlet (1) during the defrost mode; and

    partially closing the expansion valve (22) during the defrost mode when the temperature is less than a desired superheat temperature; wherein optionally the method further comprises fully opening the expansion valve when the desired superheat temperature is reached.


     
    5. A transcritical vapor compression system (10), comprising:

    a compressor (14) for compressing a refrigerant, the compressor having a compressor inlet (1) and a compressor outlet (2);

    a first heat exchanger (18) for cooling the refrigerant;

    an expansion valve (22) for decreasing the pressure of the refrigerant, the expansion valve having a variable opening;

    a second heat exchanger (26) for heating the refrigerant; and

    characterized by:

    a controller (50) programmed to decrease the speed/frequency of the compressor (14) during a defrost mode, programmed to determine a desired superheat temperature, programmed to compare the desired superheat temperature with a measured temperature proximate the compressor inlet, and programmed to adjust the expansion valve based on the comparison between the desired superheat temperature and the measured temperature during the defrost mode; and

    a first blower (36) for directing air over the first heat exchanger (18), wherein the controller (50) is programmed to turn off the blower or control the speed/frequency of the blower based on a pressure value proximate the outlet (2) of the compressor (1) so the pressure value does not exceed a predetermined maximum during the defrost mode.


     
    6. The transcritical vapor compression system of claim 5, wherein the controller (50) is programmed to determine the desired superheat temperature by determining a saturated vapor temperature corresponding to a measured pressure proximate the compressor inlet and adding an offset value to the saturated vapor temperature to determine the desired superheat temperature; or
    further comprising a pressure sensor (46a) positioned proximate the compressor inlet (1) for measuring a pressure of the refrigerant and a temperature sensor (42a) positioned proximate the compressor inlet (1) for measuring the measured temperature of the refrigerant.
     
    7. The transcritical vapor compression system of claim 5, wherein the controller (500 is programmed to adjust the expansion valve (22) during the defrost mode in order to maintain a superheated refrigerant condition proximate the inlet (1) of the compressor (14); wherein optionally
    the controller (50)is programmed to fully open the expansion valve (22) at an onset of the defrost mode and to fully open the expansion valve (22) while the superheated refrigerant condition is met.
     
    8. The transcritical vapor compression system of claim 5, further comprising a second blower (40) for directing air over the second heat exchanger (26), wherein the controller (50) is programmed to control the second blower speed/frequency based on a comparison between the temperature and the desired superheat temperature; wherein optionally
    the controller (50) is programmed to turn the second blower (40) off when the measured temperature is greater than the desired superheat temperature.
     
    9. The method of claim 1, further comprising attaining a superheated refrigerant condition in the defrost mode of the transcritical vapor compression system and maintaining the superheated refrigerant condition proximate an inlet of the compressor.
     
    10. The method of claim 1, further comprising attaining a superheated refrigerant condition in the defrost mode of the transcritical vapor compression system, wherein the step of attaining a superheated refrigerant condition further comprises:

    decreasing a speed/frequency of the compressor (14);

    determining a saturated vapor temperature corresponding to a measured pressure proximate an inlet of the compressor;

    adding an offset value to the saturated vapor temperature to obtain a desired superheat temperature;

    comparing the superheat temperature with a measured temperature proximate the compressor inlet; and

    adjusting the expansion valve based on the comparison between the superheat temperature and the measured temperature in order to maintain the superheated refrigerant condition.


     
    11. The method of claim 10, wherein the step of attaining a superheated refrigerant condition further comprises:

    initially setting the expansion valve (22) to be fully open at the onset of a defrost mode;

    partially closing the expansion valve (22) when the measured temperature is less than the superheat temperature.


     
    12. The method of claim 11, further comprising controlling the speed/frequency of a blower (40) associated with the second heat exchanger (26) based on a comparison between the measured temperature and the desired superheat temperature.
     
    13. The method of claim 11, further comprising turning off a blower (36) associated with the first heat exchanger (18) or controlling the speed/frequency of the blower (36) based on a pressure value proximate the outlet of the compressor so the pressure value does not exceed a predetermined maximum.
     
    14. The method of claim 11, further comprising fully opening the expansion valve when the desired superheat temperature is reached.
     


    Ansprüche

    1. Verfahren zur Entfrostung eines transkritischen Dampfverdichtersystems (10), das in einem Kühlmodus und einem Entfrostungsmodus betreibbar ist, wobei das transkritische Dampfverdichtersystem Folgendes aufweist: einen Verdichter (14) zum Verdichten eines Kältemittels, wobei der Verdichter einen Verdichtereinlass (1) und einen Verdichterauslass (2) aufweist und während des Kühlmodus mit einer ersten Geschwindigkeit/Frequenz arbeitet, einen ersten Wärmetauscher (18) zum Kühlen des Kältemittels während des Kühlmodus, ein Expansionsventil (22) zum Verringern des Drucks des Kältemittels, wobei das Expansionsventil eine variable Öffnung aufweist, und einen zweiten Wärmetauscher (26) zum Kühlen eines Raumes während des Kühlmodus, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

    Leiten eines überhitzten Kältemittelgases vom Verdichter (14) zum ersten Wärmetauscher (18) während des Entfrostungsmodus, dann Leiten des überhitzten Kältemittelgases vom ersten Wärmetauscher zum Expansionsventil (22) während des Entfrostungsmodus, dann Leiten des überhitzten Kältemittelgases vom Expansionsventil zum zweiten Wärmetauscher (26) während des Entfrostungsmodus;

    Entfrosten des zweiten Wärmetauschers mit dem überhitzten Kältemittelgas; und

    dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Folgendes umfasst:

    Verringern der Geschwindigkeit/Frequenz des Verdichters während des Entfrostungsmodus auf eine zweite Geschwindigkeit/Frequenz, die niedriger als die erste Geschwindigkeit/Frequenz und größer als null ist;

    Regeln des Öffnens des Expansionsventils (22) während des Entfrostungsmodus, um eine Bedingung überhitzten Kältemittels in der Nähe des Einlasses (1) des Verdichters (14) aufrechtzuerhalten; und

    Bereitstellen eines Gebläses (36) zum wahlweisen Richten eines Fluides über den ersten Wärmetauscher (18); und Ausschalten des Gebläses oder Regeln der Geschwindigkeit/Frequenz des Gebläses auf der Grundlage eines Druckwerts in der Nähe des Auslasses (2) des Verdichters (14), sodass der Druckwert ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet.


     
    2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufrechterhalten einer Bedingung überhitzten Kältemittels in der Nähe des Einlasses (1) des Verdichters (14).
     
    3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend:

    Überwachen einer Temperatur des Kältemittels in der Nähe des Verdichtereinlasses (1) während des Entfrostungsmodus; und

    teilweises Schließen des Expansionsventils (22) während des Entfrostungsmodus, wenn die Temperatur niedriger als eine gewünschte Überhitzungstemperatur ist; wobei das Verfahren optional ferner Folgendes umfasst:
    Richten eines Fluides von dem Raum über den zweiten Wärmetauscher (26) mit einem Gebläse (40); und Regeln der Gebläsegeschwindigkeit auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der gemessenen Temperatur und der gewünschten Überhitzungstemperatur; oder wobei das Verfahren optional ferner Folgendes umfasst:

    Speichern einer Sättigungsdampfkurve, basierend auf den thermophysikalischen Eigenschaftsdaten des Kältemittels, in der Steuerung; und

    Programmieren der Steuerung, sodass sie sich auf die Sättigungsdampfkurve bezieht, um einen Wert basierend auf einer gemessenen Eigenschaft des Kältemittels in der Nähe des Verdichtereinlasses (1) zu bestimmen;
    wobei das Verfahren optional ferner ein Bestimmen der gewünschten Überhitzungstemperatur durch Addieren eines Ausgleichs zu dem mit der Sättigungsdampfkurve bestimmten Wert umfasst.


     
    4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein vollständiges Öffnen des Expansionsventils (22) am Beginn des Entfrostungsmodus; wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:

    Überwachen einer Temperatur des Kältemittels in der Nähe des Verdichtereinlasses (1) während des Entfrostungsmodus; und

    teilweises Schließen des Expansionsventils (22) während des Entfrostungsmodus, wenn die Temperatur niedriger als eine gewünschte Überhitzungstemperatur ist; wobei das Verfahren ferner gegebenenfalls ein vollständiges Öffnen des Expansionsventils umfasst, wenn die gewünschte Überhitzungstemperatur erreicht ist.


     
    5. Transkritisches Dampfverdichtersystem (10), umfassend:

    einen Verdichter (14) zum Verdichten eines Kältemittels, wobei der Verdichter einen Verdichtereinlass (1) und einen Verdichterauslass (2) aufweist;

    einen ersten Wärmetauscher (18) zum Kühlen des Kältemittels;

    ein Expansionsventil (22) zum Verringern des Drucks des Kältemittels, wobei das Expansionsventil eine variable Öffnung aufweist;

    einen zweiten Wärmetauscher (26) zum Erwärmen des Kältemittels; und gekennzeichnet dadurch, dass

    eine Steuerung (50) programmiert ist, um die Geschwindigkeit/Frequenz des Verdichters (14) während eines Entfrostungsmodus zu verringern, programmiert ist, um eine gewünschte Überhitzungstemperatur zu bestimmen, programmiert ist, um die gewünschte Überhitzungstemperatur mit einer gemessenen Temperatur in der Nähe des Verdichtereinlasses zu vergleichen, und programmiert ist, um das Expansionsventil auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der gewünschten Überhitzungstemperatur und der gemessenen Temperatur während des Entfrostungsmodus einzustellen; und

    ein erstes Gebläse (36) zum Richten von Luft über den ersten Wärmetauscher (18), wobei die Steuerung (50) programmiert ist, um das Gebläse auszuschalten oder die Geschwindigkeit/Frequenz des Gebläses basierend auf einem Druckwert in der Nähe des Auslasses (2) des Verdichters (1) zu regeln, sodass der Druckwert während des Entfrostungsmodus ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet.


     
    6. Transkritisches Dampfverdichtersystem nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (50) programmiert ist, um die gewünschte Überhitzungstemperatur durch Bestimmen einer Sättigungsdampftemperatur entsprechend einem gemessenen Druck in der Nähe des Verdichtereinlasses und Addieren eines Ausgleichswertes zu der Sättigungsdampftemperatur zu bestimmen, um die gewünschte Überhitzungstemperatur zu bestimmen; oder
    ferner umfassend einen Drucksensor (46a), der in der Nähe des Verdichtereinlasses (1) positioniert ist, um einen Druck des Kältemittels zu messen, und einen Temperatursensor (42a), der in der Nähe des Verdichtereinlasses (1) positioniert ist, um die gemessene Temperatur des Kältemittels zu messen.
     
    7. Transkritisches Dampfverdichtersystem nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (500) programmiert ist, um das Expansionsventil (22) während des Entfrostungsmodus einzustellen, um in der Nähe des Einlasses (1) des Verdichters (14) eine Bedingung überhitzten Kältemittels aufrechtzuerhalten; wobei optional
    die Steuerung (50) programmiert ist, das Expansionsventil (22) am Beginn des Entfrostungsmodus vollständig zu öffnen, und das Expansionsventil (22) vollständig zu öffnen, während die Bedingung überhitzten Kältemittels gegeben ist.
     
    8. Transkritisches Dampfverdichtersystem nach Anspruch 5, ferner umfassend ein zweites Gebläse (40) zum Richten von Luft über den zweiten Wärmetauscher (26), wobei die Steuerung (50) programmiert ist, um die Geschwindigkeit/Frequenz des zweiten Gebläses basierend auf einem Vergleich zwischen der Temperatur und der gewünschten Überhitzungstemperatur zu regeln; wobei optional
    die Steuerung (50) programmiert ist, das zweite Gebläse (40) auszuschalten, wenn die gemessene Temperatur größer als die gewünschte Überhitzungstemperatur ist.
     
    9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erreichen einer Bedingung überhitzten Kältemittels im Entfrostungsmodus des transkritischen Dampfverdichtersystems und Aufrechterhalten der Bedingung überhitzten Kältemittels in der Nähe eines Einlasses des Verdichters.
     
    10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erreichen einer Bedingung überhitzten Kältemittels im Entfrostungsmodus des transkritischen Dampfverdichtersystems, wobei der Schritt des Erreichens einer Bedingung überhitzten Kältemittels ferner Folgendes umfasst:

    Verringern einer Geschwindigkeit/Frequenz des Verdichters (14);

    Bestimmen einer Sättigungsdampftemperatur entsprechend einem gemessenen Druck in der Nähe eines Einlasses des Verdichters;

    Addieren eines Ausgleichswertes zu der Sättigungsdampftemperatur, um eine gewünschte Überhitzungstemperatur zu erreichen;

    Vergleichen der Überhitzungstemperatur mit einer gemessenen Temperatur in der Nähe des Verdichtereinlasses; und

    Einstellen des Expansionsventils auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der Überhitzungstemperatur und der gemessenen Temperatur, um die Bedingung überhitzten Kältemittels zu erreichen.


     
    11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Erreichens einer Bedingung überhitzten Kältemittels ferner Folgendes umfasst:

    anfängliches Einstellen des Expansionsventils (22), sodass es am Beginn eines Entfrostungsmodus vollständig offen ist;

    teilweises Schließen des Expansionsventils (22), wenn die gemessene Temperatur kleiner als die Überhitzungstemperatur ist.


     
    12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend die Regelung der Geschwindigkeit/Frequenz eines Gebläses (40), zugeordnet dem zweiten Wärmetauscher (26), basierend auf einem Vergleich zwischen der gemessenen Temperatur und der gewünschten Überhitzungstemperatur.
     
    13. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Ausschalten eines Gebläses (36), zugeordnet dem ersten Wärmetauscher (18), oder Regeln der Geschwindigkeit/Frequenz des Gebläses (36) basierend auf einem Druckwert in der Nähe des Auslasses des Verdichters, sodass der Druckwert ein vorbestimmtes Maximum nicht überschreitet.
     
    14. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend ein vollständiges Öffnen des Expansionsventils, wenn die gewünschte Überhitzungstemperatur erreicht ist.
     


    Revendications

    1. Procédé de dégivrage d'un système de compression à vapeur transcritique (10) pouvant fonctionner dans un mode de refroidissement et un mode de dégivrage, le système de compression à vapeur transcritique ayant un compresseur (14) pour comprimer un fluide frigorigène, le compresseur ayant une entrée de compresseur (1) et une sortie de compresseur (2), et fonctionnant à une première vitesse/fréquence pendant le mode de refroidissement, un premier échangeur de chaleur (18) pour refroidir le fluide frigorigène pendant le mode de refroidissement, un détendeur (22) pour diminuer la pression du fluide frigorigène, le détendeur ayant une ouverture variable, et un second échangeur de chaleur (26) pour refroidir un espace pendant le mode de refroidissement, le procédé comprenant :

    la direction d'un gaz frigorigène surchauffé depuis le compresseur (14) jusqu'au premier échangeur de chaleur (18) pendant le mode de dégivrage, puis la direction du gaz frigorigène surchauffé depuis le premier échangeur de chaleur jusqu'au détendeur (22) pendant le mode de dégivrage, puis la direction du gaz frigorigène surchauffé depuis le détendeur jusqu'au deuxième échangeur de chaleur (26) pendant le mode de dégivrage ;

    le dégivrage du deuxième échangeur de chaleur avec le gaz frigorigène surchauffé ; et

    caractérisé en ce que le procédé comprend en outre :

    la diminution de la vitesse/fréquence du compresseur pendant le mode de dégivrage à une deuxième vitesse/fréquence inférieure à la première vitesse/fréquence et supérieure à zéro ;

    la commande de l'ouverture du détendeur (22) pendant le mode de dégivrage pour maintenir un état de fluide frigorigène surchauffé à proximité de l'entrée (1) du compresseur (14) ; et

    la fourniture d'une soufflante (36) pour diriger sélectivement un fluide sur le premier échangeur de chaleur (18) ; et la désactivation de la soufflante ou la commande de la vitesse/fréquence de la soufflante sur la base d'une valeur de pression à proximité de la sortie (2) du compresseur (14) de sorte que la valeur de pression ne dépasse pas un maximum prédéterminé.


     
    2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le maintien d'un état de fluide frigorigène surchauffé à proximité de l'entrée (1) du compresseur (14).
     
    3. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre :

    la surveillance d'une température du fluide frigorigène à proximité de l'entrée (1) du compresseur pendant le mode de dégivrage ; et

    la fermeture partielle du détendeur (22) pendant le mode de dégivrage lorsque la température est inférieure à une température de surchauffe souhaitée ; facultativement, le procédé comprenant en outre :
    la direction d'un fluide provenant de l'espace sur le deuxième échangeur de chaleur (26) avec une soufflante (40) ; et la commande de la vitesse de soufflante sur la base d'une comparaison entre la température mesurée et la température de surchauffe souhaitée ; ou, facultativement, le procédé comprenant en outre :

    le stockage dans le dispositif de commande d'une courbe de vapeur saturée sur la base des données de propriétés thermo-physiques du fluide frigorigène ; et

    la programmation du dispositif de commande pour se référer à la courbe de vapeur saturée afin de déterminer une valeur sur la base d'une caractéristique mesurée du fluide frigorigène à proximité de l'entrée de compresseur (1) ; facultativement, le procédé comprenant en outre la détermination de la température de surchauffe souhaitée en ajoutant un décalage par rapport à la valeur déterminée avec la courbe de vapeur saturée.


     
    4. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'ouverture intégrale du détendeur (22) au début du mode de dégivrage ; facultativement le procédé comprenant en outre :

    la surveillance d'une température du fluide frigorigène à proximité de l'entrée de compresseur (1) pendant le mode de dégivrage ; et

    la fermeture partielle du détendeur (22) pendant le mode de dégivrage lorsque la température est inférieure à une température de surchauffe souhaitée ; facultativement le procédé comprenant en outre l'ouverture intégrale du détendeur lorsque la température de surchauffe souhaitée est atteinte.


     
    5. Système de compression à vapeur transcritique (10), comprenant :

    un compresseur (14) pour comprimer un fluide frigorigène, le compresseur ayant une entrée de compresseur (1) et une sortie de compresseur (2) ;

    un premier échangeur de chaleur (18) pour refroidir le fluide frigorigène ;

    un détendeur (22) pour diminuer la pression du fluide frigorigène, le détendeur ayant une ouverture variable ;

    un second échangeur de chaleur (26) pour chauffer le fluide frigorigène ; et

    caractérisé par :

    un dispositif de commande (50) programmé pour diminuer la vitesse/fréquence du compresseur (14) pendant un mode de dégivrage, programmé pour déterminer une température de surchauffe souhaitée, programmé pour comparer la température de surchauffe souhaitée avec une température mesurée à proximité de l'entrée de compresseur, et programmé pour ajuster le détendeur sur la base de la comparaison entre la température de surchauffe souhaitée et la température mesurée pendant le mode de dégivrage ; et

    une première soufflante (36) pour diriger l'air sur le premier échangeur de chaleur (18), le dispositif de commande (50) étant programmé pour désactiver la soufflante ou pour commander la vitesse/fréquence de la soufflante sur la base d'une valeur de pression à proximité de la sortie (2) du compresseur (1) afin que la valeur de pression ne dépasse pas un maximum prédéterminé pendant le mode de dégivrage.


     
    6. Système de compression à vapeur transcritique selon la revendication 5, le dispositif de commande (50) étant programmé pour déterminer la température de surchauffe souhaitée en déterminant une température de vapeur saturée correspondant à une pression mesurée à proximité de l'entrée de compresseur et en ajoutant une valeur de décalage à la température de vapeur saturée pour déterminer la température de surchauffe souhaitée ; ou
    comprenant en outre un capteur de pression (46a) positionné à proximité de l'entrée de compresseur (1) pour mesurer une pression du fluide frigorigène, et un capteur de température (42a) positionné à proximité de l'entrée de compresseur (1) pour mesurer la température mesurée du fluide frigorigène.
     
    7. Système de compression à vapeur transcritique selon la revendication 5, le dispositif de commande (500) étant programmé pour ajuster le détendeur (22) pendant le mode de dégivrage afin de maintenir un état de fluide frigorigène surchauffé à proximité de l'entrée (1) du compresseur (14) ;
    facultativement, le dispositif de commande (50) étant programmé pour ouvrir intégralement le détendeur (22) au début du mode de dégivrage et pour ouvrir intégralement le détendeur (22) lorsque l'état de fluide frigorigène surchauffé est atteint.
     
    8. Système de compression à vapeur transcritique selon la revendication 5, comprenant en outre une seconde soufflante (40) pour diriger l'air sur le second échangeur de chaleur (26), le dispositif de commande (50) étant programmé pour commander la vitesse/fréquence de la seconde soufflante sur la base d'une comparaison entre la température et la température de surchauffe souhaitée ;
    facultativement, le dispositif de commande (50) étant programmé pour désactiver la seconde soufflante (40) lorsque la température mesurée est supérieure à la température de surchauffe souhaitée.
     
    9. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'obtention d'un état de fluide frigorigène surchauffé dans le mode de dégivrage du système de compression à vapeur transcritique et le maintien de l'état de fluide frigorigène surchauffé à proximité d'une entrée du compresseur.
     
    10. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'obtention d'un état de fluide frigorigène surchauffé dans le mode de dégivrage du système de compression à vapeur transcritique, l'étape d'obtention d'un état de fluide frigorigène surchauffé comprenant en outre :

    la diminution d'une vitesse/fréquence du compresseur (14) ;

    la détermination d'une température de vapeur saturée correspondant à une pression mesurée à proximité d'une entrée du compresseur ;

    l'ajout d'une valeur de décalage à la température de vapeur saturée pour obtenir une température de surchauffe souhaitée ;

    la comparaison de la température de surchauffe avec une température mesurée à proximité de l'entrée de compresseur ; et

    l'ajustement du détendeur sur la base de la comparaison entre la température de surchauffe et la température mesurée afin de maintenir l'état de fluide frigorigène surchauffé.


     
    11. Procédé selon la revendication 10, l'étape d'obtention d'un état de fluide frigorigène surchauffé comprenant en outre :

    le réglage initial du détendeur (22) afin qu'il soit intégralement ouvert au début d'un mode de dégivrage ;

    la fermeture partielle du détendeur (22) lorsque la température mesurée est inférieure à la température de surchauffe.


     
    12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre la commande de la vitesse/fréquence d'une soufflante (40) associée au second échangeur de chaleur (26) sur la base d'une comparaison entre la température mesurée et la température de surchauffe souhaitée.
     
    13. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre la désactivation d'une soufflante (36) associée au premier échangeur de chaleur (18) ou la commande de la vitesse/fréquence de la soufflante (36) sur la base d'une valeur de pression à proximité de la sortie du compresseur de sorte que la valeur de pression ne dépasse pas un maximum prédéterminé.
     
    14. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre l'ouverture intégrale du détendeur lorsque la température de surchauffe souhaitée est atteinte.
     




    Drawing









    REFERENCES CITED IN THE DESCRIPTION



    This list of references cited by the applicant is for the reader's convenience only. It does not form part of the European patent document. Even though great care has been taken in compiling the references, errors or omissions cannot be excluded and the EPO disclaims all liability in this regard.

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